【基本介紹】

《生命是什么》给梅，作者是【奧地利】埃爾溫·薛定諤缤言，肖夢翻譯欺抗，天津人民出版社·果麥文化2020年4月出版岩喷，4.8萬字恕沫。

埃爾溫·薛定諤（Erwin Schr?dinger，1887年—1961年）纱意，奧地利物理學(xué)家婶溯，量子力學(xué)奠基人之一，波動力學(xué)的創(chuàng)立者偷霉；由他所建立的薛定諤方程是量子力學(xué)中描述微觀粒子運動狀態(tài)的基本定律迄委，它在量子力學(xué)中的地位大致相似于牛頓運動定律在經(jīng)典力學(xué)中的地位；提出薛定諤貓思想實驗类少，試圖證明量子力學(xué)在宏觀條件下的不完備性叙身。因發(fā)展了原子理論，獲1933年諾貝爾物理學(xué)獎硫狞。薛定諤還發(fā)展了分子生物學(xué)信轿，是量子分子生物學(xué)的奠基人。薛定諤還是維也納大學(xué)哲學(xué)博士残吩，在哲學(xué)上财忽，確信主體與客體是不可分割的。薛定諤的主要著作有《波動力學(xué)四講》《統(tǒng)計熱力學(xué)》《生命是什么世剖？——活細胞的物理面貌》等定罢。

薛定諤關(guān)于生物學(xué)的主要思考笤虫，就集中體現(xiàn)在《生命是什么旁瘫？——活細胞的物理面貌》這本書里面祖凫。此書根據(jù)薛定諤1943年在都柏林三一學(xué)院的一系列演講整理而成，出版于1944年酬凳，是當(dāng)時分子生物學(xué)“結(jié)構(gòu)學(xué)派”的理論綱領(lǐng)惠况。

這本書要探討的是：在一個生命有機體的范圍中發(fā)生的眾多空間和時間事件如何用物理學(xué)和化學(xué)理論來解釋？作者將其竭力解釋和確立的初步答案總結(jié)如下：現(xiàn)在的物理學(xué)和化學(xué)解釋這些事件明顯無能為力宁仔，但并不代表這些事件不能通過這兩個學(xué)科的理論解釋稠屠。

全書共分7章，分別是：經(jīng)典物理學(xué)家對該問題的研究翎苫；遺傳機制权埠；突變；量子力學(xué)證據(jù)煎谍；對德爾布呂克模型的討論和驗證攘蔽；有序、無序和熵呐粘；生命是否基于物理定律满俗？

【擷取摘要】

1.

為什么現(xiàn)在的物理學(xué)和化學(xué)理論不能解釋生命有機體中各個空間和時間中發(fā)生的事件？

因為生命有機體關(guān)鍵組成部分的原子排列方式作岖，以及這種排列方式之間的相互作用唆垃，與物理學(xué)家和化學(xué)家至今在實驗和理論中研究的原子排列方式有著根本的不同。

2.

分子很小痘儡。為了讓普通人更好地理解這個問題辕万，人們舉過很多例子，威廉·湯姆遜·開爾文舉的例子最為令人印象深刻：假設(shè)你將一杯水中的所有分子都做上標(biāo)記沉删，然后把這杯水倒進海里蓄坏，充分攪拌，讓帶標(biāo)記的分子均勻地分布在七大洋當(dāng)中丑念，當(dāng)你從任意一片海中舀出一杯水涡戳，你會發(fā)現(xiàn)這杯水中大約有100個被標(biāo)記過的分子。

在原子物理學(xué)中脯倚，人們專門制定了一個叫“埃米”（簡稱“坝嬲茫”）的單位，1埃等于0.0000000001米推正，也就是1納米的1/10恍涂。原子的直徑在1到2埃之間。

3.

人類大腦和其他體系的相互影響本身就具有一定程度的物理秩序植榕，換句話說再沧，它們會嚴格遵守物理定律，并保證一定程度上的準(zhǔn)確尊残。

“物理定律的基礎(chǔ)是原子統(tǒng)計學(xué)炒瘸，因此只是近似結(jié)果淤堵。”只有大量原子組合在一起顷扩，統(tǒng)計學(xué)定律才能影響以及控制原子集合的行為拐邪，并且原子數(shù)量越多，統(tǒng)計學(xué)定律的精確性越高隘截。正是通過這種方式扎阶，觀測到的事件本身才獲得了秩序性。人類已知的所有在有機體生命中發(fā)揮重要作用的物理和化學(xué)定律婶芭，都是這種統(tǒng)計學(xué)意義上的定律东臀。任何其他能想到的規(guī)律和秩序都會被原子永不停歇的熱運動持續(xù)干擾，變得不起作用犀农。

4.

一個有機體和它所經(jīng)歷的全部生物學(xué)相關(guān)過程啡邑，都需要建立在規(guī)模龐大的“多原子”結(jié)構(gòu)上，從而防止“單原子”結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的偶然事件產(chǎn)生太大影響井赌。

一個有機體的生長會受到細胞分裂的持續(xù)影響谤逼。這樣的細胞分裂稱為有絲分裂。平均只需要50到60次連續(xù)分裂仇穗，就足以產(chǎn)生成年人類體內(nèi)的細胞總量流部，或者如果把一生中細胞的更替也算進去，大概需要分裂出10倍于成年人體內(nèi)細胞總量的細胞纹坐。因此枝冀，平均來說，成年人的任何一個體細胞都只是受精卵的第50代或60代“后代”細胞耘子。

有絲分裂中每個染色體都會被復(fù)制果漾。每個細胞都有完整的一套（兩份）代碼文本，即便是不重要的細胞谷誓。

當(dāng)生物個體性成熟后绒障，一般在有性生殖發(fā)生前的很短一段時間內(nèi)，會通過減數(shù)分裂方式讓保留下來的細胞產(chǎn)生配子捍歪。有絲分裂過程中染色體翻倍的現(xiàn)象并不會出現(xiàn)在減數(shù)分裂當(dāng)中户辱，染色體數(shù)目保持恒定，因此所有配子都只有一半數(shù)量的染色體糙臼，只有一套完整的代碼庐镐。

只有一個染色體組的細胞叫做單倍體。有性生殖過程中变逃，雄性配子（精子）和雌性配子（卵子）這兩種單倍體細胞融合在一起形成受精卵必逆，受精卵就是二倍體。受精卵中的一個染色體組來自母親，另一個染色體組來自父親名眉。

有很多種植物通過減數(shù)分裂產(chǎn)生叫做孢子的單倍體配子粟矿，會掉進土壤當(dāng)中，像種子一樣發(fā)育成一棵和二倍體植物大小相當(dāng)?shù)膯伪扼w植物璧针。如此往復(fù)。這一事件的過程叫做世代交替渊啰。

一個染色體在代代相傳的過程中是完整不可分割的探橱。然而事實并非如此，或者并不總是這樣绘证。在減數(shù)分裂中染色體分別進入兩個子細胞之前隧膏，任何兩個“同源”染色體都會彼此接觸，并且在接觸的時候可能會隨機交換一部分嚷那，這個過程叫做“互換”胞枕，通過這種機制，分別位于同一個染色體的兩部分上的性狀就會在孫代發(fā)生分離魏宽，孫代中一個性狀會隨祖父腐泻，而另一個性狀則會隨祖母。

基于遺傳學(xué)的證據(jù)（繁育實驗）队询，基于細胞學(xué)證據(jù)（在顯微鏡下直接觀察）派桩，兩種方法都估算出，基因的體積大約與邊長為300埃的立方體相當(dāng)蚌斩。

5.

達爾文把微小铆惑、連續(xù)和意外的變異視為自然選擇的基礎(chǔ)材料，這是錯誤的送膳。例如员魏，

達爾文認為通過選擇能夠增加麥芒的平均長度。而如果你用純種大麥做這個實驗叠聋，就會發(fā)現(xiàn)事實并非如此撕阎。在這里選擇是無效的，因為微小的連續(xù)變異不是遺傳的碌补。那些特征顯然不是基于遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)闻书，而是偶然的。

突變和原始特征一樣脑慧，都能將特性毫無改變地傳遞給下一代魄眉。突變體肯定是遺傳發(fā)生了改變，即遺傳物質(zhì)發(fā)生了某種變化所導(dǎo)致的闷袒。

遺傳學(xué)理論的基石是遺傳定律坑律，即親代不同的特征在后代中的表現(xiàn)規(guī)律，尤其是顯、隱性的重要區(qū)別晃择。

為了成為自然選擇的合適素材冀值，突變必須是小概率事件」溃基因的高度穩(wěn)定性導(dǎo)致的相對保守是十分必要的列疗。

規(guī)律一，突變是單一事件浪蹂。突變并不具有累積效應(yīng)抵栈，連續(xù)的小劑量輻射并不會讓突變率上升。

規(guī)律二坤次，事件的局域性古劲。即便射線對個體的危害能夠避免，但射線還是會造成間接傷害缰猴，也就是生殖細胞當(dāng)中會出現(xiàn)微小的有害突變产艾。對于任何個人來說，這是不需要擔(dān)憂的滑绒。但對于整個社會來說闷堡，全人類長期受到有害隱性突變的影響，這是我們應(yīng)該擔(dān)憂的事情疑故。

7.

突變實際上就是由基因分子當(dāng)中的量子躍遷造成的缚窿。放到達爾文的理論當(dāng)中，你需要用“突變”代替他所說的“微小的意外變異”（就像量子理論用“量子躍遷”代替“能量連續(xù)傳遞”）焰扳。

現(xiàn)有的知識體系中倦零，遺傳機制和量子理論有密切的關(guān)系，甚至可以說遺傳機制就建立在量子理論的基礎(chǔ)上吨悍。

量子理論的一個偉大發(fā)現(xiàn)是在“自然之書”中發(fā)現(xiàn)了不連續(xù)的特點扫茅。不連續(xù)的第一個例子是關(guān)于能量的。假設(shè)一個非常小的系統(tǒng)天然只具有一些不連續(xù)的能量育瓜，稱之為特殊的能級葫隙。從一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N能量狀態(tài)是相當(dāng)神秘的事件，通常被稱為量子躍遷躏仇。

從一種構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)型就是量子躍遷恋脚。如果第二種構(gòu)型的能量較大，能級較高焰手，那么這個系統(tǒng)就必須從外界吸收至少兩個能級能量差的能量才能完成這種轉(zhuǎn)變糟描。轉(zhuǎn)變到能量較低的狀態(tài)可以通過輻射的形式消耗多余的能量自發(fā)完成。

分子必須具有一定的穩(wěn)定性书妻，也就是說它的構(gòu)型不會改變船响，除非從外界獲得能夠“提升”到更高能級的能量。因此，這種能夠用數(shù)量精準(zhǔn)表示的能極差见间，就定量地決定了分子的穩(wěn)定程度聊闯。

8.

分子的穩(wěn)定性與溫度有關(guān)。

數(shù)量不多的原子組成的結(jié)構(gòu)——這樣的遺傳物質(zhì)能否在漫長的時間中不受無時無刻不在發(fā)生的熱運動干擾米诉？我們應(yīng)該假設(shè)基因的結(jié)構(gòu)是一個巨大的分子菱蔬，只會發(fā)生不連續(xù)的變化，這些變化主要是原子進行重新排列史侣，最終產(chǎn)生同分異構(gòu)體拴泌。

原子的重新排列可能只會影響到基因的一小部分區(qū)域，但是也可能有很多種不同的重新排列方式抵窒。由于能量閾的存在弛针，分子的實際構(gòu)型不會自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槿魏我环N同分異構(gòu)體的構(gòu)型叠骑，所以能量閾必須要足夠高（與原子的平均熱能相比）李皇，才能讓自發(fā)轉(zhuǎn)變成為小概率事件。這些小概率事件就等同于自發(fā)突變宙枷。

溫度對不穩(wěn)定基因的影響比穩(wěn)定基因小掉房。

總體來說，不穩(wěn)定突變體的X射線誘導(dǎo)突變率并沒有顯著高于穩(wěn)定突變體慰丛。

突變是“躍遷”式的變化卓囚，沒有任何中間形式出現(xiàn)。

我們發(fā)現(xiàn)诅病，任何種類的電離輻射都會提高自然突變率哪亿。假設(shè)我們必須要用熱運動的隨機波動來解釋自然突變，我們就不會驚訝于大自然成功地選擇了這樣精妙的閾值贤笆，使突變的發(fā)生這么罕見蝇棉。

9.

對于成年生物來說，其能量總量和物質(zhì)總量都是穩(wěn)定的芥永。單純進行能量交換也沒有什么意義篡殷。

生物之所以能一直活著，是因為它們能夠不斷從環(huán)境當(dāng)中獲得負熵埋涧。生物真正賴以維生的東西是負熵板辽。新陳代謝的本質(zhì)在于，生物能夠成功地讓自己免受其生命活動產(chǎn)生的熵的影響棘催。

熵并不是一個模糊的概念或觀點劲弦，而是一個可測量的物理量。在絕對零度（大約-273℃）時醇坝，任何物質(zhì)的熵都為零瓶您。當(dāng)物質(zhì)緩慢、不可逆轉(zhuǎn)地一小步一小步地進入其他任何狀態(tài)，熵都會增加呀袱。如當(dāng)你熔化一個固體的時候贸毕，熵增加的數(shù)量等于熔化熱除以熔點溫度。由此可知，熵的單位是卡路里每開爾文。

對我們來說熏兄，更重要的是闡述“熵”這個統(tǒng)計學(xué)概念與有序和無序之間的關(guān)系允华。熵是直接度量分子無序程度的物理量，也就是其對數(shù)犀被。

“生命以負熵為生。”也就是說它們會從外界源源不斷地獲取負熵兴蒸，去抵消其生命行為產(chǎn)生的熵增加，這樣才能讓它穩(wěn)定地維持在相對較低的熵水平上细办。

恒溫動物的體溫之所以更高橙凳，是因為能夠更快地排出身體當(dāng)中產(chǎn)生的熵，因此它們也能進行更強烈的生命活動笑撞。

生物穩(wěn)定保持在較高的有序狀態(tài)（熵較低的狀態(tài)）的機制就是岛啸，持續(xù)不斷地從環(huán)境當(dāng)中獲得秩序。

我們需要補充能量茴肥，不僅僅是因為我們的身體做動作需要消耗機械能坚踩，還因為我們在不斷向環(huán)境中釋放熱能。我們釋放熱量也不是偶然的瓤狐，而是必然的瞬铸。我們正是通過這種方式，將我們生理活動過程中不斷產(chǎn)生的多余的熵處理掉础锐。

10.

生命是否基于物理定律嗓节？根據(jù)我們對生命物質(zhì)結(jié)構(gòu)的了解，我們必須準(zhǔn)備好接受其運行方式可能并不能被歸結(jié)于普通的物理學(xué)定律郁稍。

生命過程中的有序有不同的來源赦政。有序事件的產(chǎn)生似乎有兩種不同的“機制”，一種是通過“統(tǒng)計機制”從無序中產(chǎn)生有序耀怜，另一種則是通過有序產(chǎn)生有序恢着。

物理學(xué)家驕傲地贊成第一個原理，也就是“有序來自無序”原理财破。自然界中很多現(xiàn)象都符合這個原理，而且只有它才能讓我們理解自然事件的發(fā)展線索左痢，首先就是其不可逆性系洛。不過略步，我們不能指望由此衍生出來的“物理學(xué)定律”能直接解釋生命物質(zhì)的行為描扯，因為其顯著特征更大程度上是基于“有序來自有序”的原理。你不能指望兩種完全不同的機制產(chǎn)生相同的定律趟薄，就像你無法指望用自家的鑰匙打開鄰居家的門一樣。

所有的物理學(xué)定律都以統(tǒng)計學(xué)為基礎(chǔ)杭煎。

其顯著特征就是直接建立在“有序來自有序”的原理上，看上去跟統(tǒng)計學(xué)或分子層面的無序毫無關(guān)系羡铲。

我們嚴肅提出的作為理解生命的真正線索蜂桶，即“有序來自有序”這個新的原理，似乎對物理學(xué)家來說并不陌生也切。

11.

不必因為不能用一般的物理學(xué)定律解釋生命而感到氣餒。我們必須準(zhǔn)備好去尋找能解釋生命的新的物理學(xué)定律贾费。新原理并不違背物理學(xué)檐盟。

時鐘的運動算是動力學(xué)定律事件還是統(tǒng)計學(xué)定律事件，完全取決于我們的看法葵萎。如果我們把它看成動力學(xué)現(xiàn)象，我們就將關(guān)注點放在了規(guī)律運動上羡忘。但是，如果我們還記得卷雕，沒有發(fā)條，時鐘的運動就因為摩擦力的作用而逐漸減慢滨嘱，我們就會發(fā)現(xiàn)這一過程只能作為一種統(tǒng)計學(xué)現(xiàn)象理解浸间。

一個物理系統(tǒng)——任何一種原子的集合體——在什么情況下會表現(xiàn)出符合“動力學(xué)定律”的“時鐘裝置特征”呢？對于這個問題魁蒜，量子理論給出了簡短的答案：在絕對零度的時候吩翻。在絕對零度的條件下锥咸，分子的混亂就不會再影響物理事件。

瓦爾特·能斯特提出的著名的“熱定律”搏予，它也被譽為“熱力學(xué)第三定律”（第一定律是能量守恒定律，第二定律是熵增定律）球涛。能斯特之所以能發(fā)現(xiàn)這個定律校镐，是因為即使在室溫條件下亿扁，熵在很多化學(xué)反應(yīng)中都發(fā)揮著微不足道的作用。

量子不確定性在生物問題上產(chǎn)生的影響并不大鸟廓，只是可能會增強減數(shù)分裂从祝、自然和X射線誘導(dǎo)突變等事件中的純粹偶然性，不論如何這都是顯而易見引谜、被廣泛接受的。

【寫在最后】

1.

多年前第一次見到薛定諤這個名字员咽，就下意識地以為是咱大中國薛家人，民族自豪感油然而生契讲，等到發(fā)現(xiàn)自己搞錯了滑频，那份親近感已鏈接完工。然后又被“薛定諤的貓”搞得云山霧罩峡迷、神魂顛倒，無比折服彤避，十分崇拜看杭。再然后，“生命以負熵為生”楼雹，薛定諤用這句名言真正征服了我尖阔。

正是這份親近和折服榨咐，讓我在看到這本書時，很果敢就打開了齿坷。當(dāng)然数焊，是看到本書一開始，作者說“這本小冊子的內(nèi)容基于理論物理學(xué)家的一系列公開講座”佩耳，得知“講座的內(nèi)容也不是跟通俗二字完全不沾邊”時，才敢壯起膽子李滴、鼓起勇氣往下翻蛮瞄。好在這本被作者稱為“小冊子”的書，只有4.7萬字挂捅，還在我鼓起的勇氣閾值內(nèi)。

但很顯然周瞎，作者認為的通俗和我理解的通俗完全不在一個層面上饵蒂。好在作者在講述和論證時酱讶，很誠信地沒有采用數(shù)學(xué)演繹法這種物理學(xué)家最嚇人的“手段”，書中那些文字多少還認得泻肯，組合在一起意思多少也能明白些，不至于太過艱深晦澀琉朽、詰屈聱牙稚铣。即便如此墅垮，我還是很識趣地挑那些我能看懂的耕漱，遇到超出我理解范圍的就跳過去，直接找結(jié)論灾梦、找答案妓笙。

這樣的閱讀多少有點自找苦吃的味道，但正如吃苦瓜寞宫、嚼橄欖一樣，等到品到回甘滋味時就有些上頭统锤，感覺甚好炭庙。再實誠點說，這樣的閱讀多少也有點逞強賣弄之嫌焕蹄，就好比上了酒桌，幾杯下肚鸦泳，就不知自己幾斤幾兩永品，開始吆三喝四，越發(fā)舉杯邀盞了鼎姐。

2.

在書中，薛定諤圍繞“生命是什么”這個主題饭尝，探討了三個主要問題：生命靠什么來繁衍遺傳献宫？生命靠什么來不斷進化？生命靠什么來維持運轉(zhuǎn)姊途？

薛定諤認為奈惑，生命通過基因把遺傳信息傳遞給后代睡汹，而基因本質(zhì)上是一種“非周期性晶體”；恰到好處的量子躍遷原在，導(dǎo)致基因突變彤叉，讓生命的進化成為可能。也就是說秽浇，生命靠非周期性晶體的穩(wěn)定性來繁衍，靠量子躍遷來實現(xiàn)進化审残，正是穩(wěn)定和突變的協(xié)調(diào)配合斑举，才造就了今天的大千世界。而生命之所以神奇璧坟，就在于它能在一個永遠熵增的世界里不斷獲得負熵赎懦。生命以負熵為生，靠不斷從外界吸收秩序來維持自身運轉(zhuǎn)励两。只有通過新陳代謝的方式，從外界源源不斷地獲取負熵工三，生命才能存續(xù)先鱼。

3.

這本書是物理學(xué)和生物學(xué)的有機結(jié)合奸鬓，是薛定諤的跨界思考。薛定諤在書里也不止一次地表示串远，自己不是一名生物學(xué)家，只是在以一個物理學(xué)家的外行視角思考生物學(xué)問題伸但。但他的思考無疑是超前的。

正是受到本書的啟發(fā)铛铁，沃森和克里克轉(zhuǎn)向了生物學(xué)研究中的遺傳機制研究却妨，并于1953年，發(fā)現(xiàn)了DNA雙螺旋的結(jié)構(gòu)彪标，開啟了分子生物學(xué)時代，使遺傳的研究深入到分子層次薄声，“生命之謎”被打開题画，人們清楚地了解遺傳信息的構(gòu)成和傳遞的途徑。

牛頓曾經(jīng)說過：如果說我看得遠婴程，那是因為我站在巨人的肩上档叔。很多科學(xué)研究成果的誕生，就是建立在前人的思想和研究中不斷改進和完善的衙四。而對于我們普通人來說，也正是因為有這些巨人押逼，因為他們的思想和研究不斷推進和發(fā)展惦界，成為里程碑、奠基石沾歪、標(biāo)桿和旗幟，向世人展示出具象的成果挫望，被廣泛宣傳和詮釋后，我們才可能感知到媳板，進而通過對他們研究成果的學(xué)習(xí)蛉幸，我們對自己、對生命巨缘、對世界的認知才有可能慢慢地一點一點地打開。